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量子引力:宇宙的最终理论吗

科学探索万象经验2023-06-12

虽然标准模型涵盖了大部分已知的基本力,例如电磁力、强核力和弱核力以及希格斯场,但该模型完全没有提及真正将宇宙结合在一起的力——引力。

引力比其他已知的力弱得令人难以置信。 在原子核大小的尺度上,弱力比强力弱大约100000倍,但引力比这还弱得多,它大约比强力弱10⁴¹倍。这就像将微小的质子与可见宇宙的大小进行比较,这是一个巨大的差异。

由于引力在量子世界中如此微弱,我们不可能在粒子物理实验中看到任何引力效应。事实上,如果我们只是分析粒子物理实验的数据,我们甚至不知道引力的存在。

我们知道引力的原因是因为它有无限的范围和高达银河系甚至星系团的尺度,我们可以看到它的工作原理基本上就像牛顿350年前预测的那样。需要小行星、行星或恒星的质量才能完全看到引力。

就像前面说的,在和质子差不多大的时候,引力是很弱的。但是引力即使很弱,也必须适用于微观世界。而且,由于我们最好的引力理论是爱因斯坦的广义相对论,最好的情况就是将该理论应用到亚原子领域。

举个例子,让我们想象一个电子绕着原子核运行。如果这样做,我们会发现爱因斯坦的理论预测电子会因引力波的发射而失去能量,然后螺旋下降与质子相碰。使用经典电磁学的类似预测导致了量子力学的发明,同样的道理也表明引力也必须具有某种量子性质。